Kontakt

Dr. Markus Schubert

m.schubertAthzdr.de
Tel.: +49 351 260 2627

Fluiddynamik und Stofftrennverhalten von Anstaupackungen

Teilprojekt: Charakterisierung der Fluiddynamik mittels ultraschneller Röntgentomographie

Anstaupackungen werden in Gegenstromkolonnen eingesetzt und dienen wie Füllkörperschüttungen oder konventionelle strukturierte Packungen dazu, eine möglichst große Kontaktfläche zwischen gasförmiger und flüssiger Phase herzustellen. Sie bestehen aus Packungslagen zweier geometrischer Oberflächen, welche abwechselnd axial angeordnet sind. Die Kombination der unterschiedlichen Packungssegmente führt zur Ausbildung einer Blasenströmung in der Anstaulage. Die im Vergleich mit konventionellen Packungskolonnen starken Wechselwirkungen der Phasen in der Blasenströmung und der darüber liegenden Sprudelschicht führen zu einer Erhöhung der Trenneffizienz des Apparates und damit zu Energieeinsparungen im Prozess.

Anstaupackungsprinzip - Kombination von Packungssegmenten unterschiedlicher geometrischer Oberfläche
Abbildung 1: Anstaupackungsprinzip - Kombination von Packungssegmenten unterschiedlicher geometrischer Oberfläche zur Ausbildung charakteristischer Strömungsformen (Blasenströmung, Sprudelschicht und Filmströmung).

Im Rahmen des durch die DFG geförderten Projekts erfolgt am HZDR die umfängliche Charakterisierung der Strömungsvorgänge in Anstaupackungen (Ø = 100 mm), die zunächst mit Modell-Stoffsystemen betriebenen werden. Die ultraschnelle Röntgentomographie als nichtinvasives Messverfahren liefert Einblicke in die komplexen und hochdynamischen Strömungsformen im Inneren der Packungen. Fluiddynamisch relevante Parameter wie Flüssigkeitsinhalt, Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche und Sprudelschichthöhe werden experimentell erfasst. Darüber hinaus werden mittels hochpräziser Drucksensoren axiale Druckverläufe aufgezeichnet, mit denen Rückschlüsse auf die Übergangsbereiche der sich ausprägenden Strömungskonfigurationen gezogen werden können.

Die so gewonnenen Daten zur Fluiddynamik werden korreliert und fließen in einen Modellierungsansatz zur Beschreibung der Trennleistung von Anstaupackungen ein. Dieser bildet die Grundlage für ein anwendungsorientiertes Auslegungsmodell von Kolonnen mit Anstaupackungen.

Versuchskolonne am ultraschnellen Röntgentomographen und Phasenverteilung während der Messdauer
Abbildung 2: Versuchskolonne am ultraschnellen Röntgentomographen (links), zeitgemittelte Phasenverteilung (rechts).
(Video - Dynamische Phasenverteilung während der Messdauer)

Kooperation

  • Universität Paderborn, Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik

Förderung

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, HA3088/10-1)

Referenzen

  • M. Schubert, A. Bieberle, F. Barthel, S. Boden, U. Hampel
    Advanced tomographic techniques for flow imaging in columns with flow distribution packings
    Chemie Ingenieur Technik 83, 7, 979-991 (2011)
  • A. Janzen, M. Schubert, F. Barthel, U. Hampel, E. Y. Kenig
    Investigation of dynamic liquid distribution and hold-up in structured packings using ultrafast electron beam X-ray tomography
    Chemical Engineering and Processing 66, 20-26 (2013)
  • S. Flechsig, Ö. Yildirim, E. Y. Kenig
    Sandwich Packings: State of the Art
    ChemBioEng Reviews 3, 174-185 (2016)
  • J. Sohr, A. Litzka, M. Schubert, S. Flechsig, E. Y. Kenig, U. Hampel
    Untersuchung heterogener Strömungsmuster in Anstaupackungen mittels ultraschneller Röntgentomographie: Methode und Validierung
    Jahrestreffen der ProcessNet Fachgruppe Fluidverfahrenstechnik, 8-10. März 2017, Köln (2017)
  • S. Flechsig, J. Sohr, M. Schubert, U. Hampel, E. Y. Kenig
    Anwendung von Anstaupackungen bei der CO2-Absorption in wässrigen Aminlösungen
    Jahrestreffen der ProcessNet Fachgruppe Fluidverfahrenstechnik, 8-10. März 2017, Köln (2017)